Het coördineren van meerdere onafhankelijke knooppunten om als één geheel te functioneren is geen eenvoudige taak. Om dit te bereiken, vertrouwen gedistribueerde systemen op verschillende basiscomponenten en -principes om ervoor te zorgen dat het systeem efficiënt en naadloos werkt. Hieronder volgen de belangrijkste elementen die deze aanpak bepalen:

• Schaalbaarheid
  Schaalbaarheid verwijst naar het vermogen van het systeem om groei op te vangen zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties. Dit wordt bereikt door extra knooppunten of resources toe te voegen naarmate de vraag toeneemt, zodat het systeem grotere werklasten en een groeiend aantal gebruikers kan verwerken zonder verstoringen.
  

• Resources delen
  Gedistribueerde systemen delen hardware, software en gegevens over meerdere knooppunten. Op deze manier kunnen verschillende resources effectiever worden gebruikt, zodat geen enkele component overbelast raakt.
  


• Openheid
  Openheid beschrijft hoe gemakkelijk een gedistribueerd systeem kan worden geïntegreerd in nieuwe technologieën en wijzigingen kan verwerken. Open systemen bevorderen flexibiliteit door interoperabiliteit en uitbreidbaarheid te ondersteunen, zodat organisaties hun IT-infrastructuur in de loop van de tijd kunnen ontwikkelen.

• Gelijktijdigheid
  Gelijktijdigheid is de mogelijkheid van het systeem om meerdere taken tegelijk uit te voeren. Een gedistribueerd systeem, dat activiteiten over verschillende knooppunten verspreidt, kan efficiënt verwerken, zelfs wanneer verschillende gebruikers of toepassingen overlappende taken uitvoeren.

• Fouttolerantie
  Fouttolerantie garandeert de betrouwbaarheid van het systeem, zelfs bij hardware- of softwarestoringen. Gedistribueerde systemen bereiken dit door snel enige uitvalpunten te detecteren en te elimineren, taken te herverdelen en functionaliteit te onderhouden zonder de prestaties aanzienlijk te verminderen.


• Transparantie
  Ook al lijkt het tegenstrijdig, toch verbergt de 'transparantie' in gedistribueerde systemen de complexiteit van de onderliggende infrastructuur voor gebruikers en toepassingen. Dit betekent dat gebruikers met het systeem kunnen communiceren zonder te hoeven weten hoe resources worden gedistribueerd of beheerd, waardoor hun ervaring wordt vereenvoudigd en gegevensprivacy wordt gewaarborgd.

 

Wat de structuur betreft, zijn gedistribueerde systemen het tegenovergestelde van meer traditionele gecentraliseerde infrastructuren. Terwijl gecentraliseerde (of 'monolithische') systemen afhankelijk zijn van één controlepunt, maken gedistribueerde systemen gebruik van een gedecentraliseerde aanpak waarbij meerdere knooppunten samenwerken om gemeenschappelijke doelen te bereiken.

Gecentraliseerd systeem 
Een gecentraliseerd systeem is een systeem waarbij alle computertaken, gegevensopslag en besluitvorming worden beheerd door één centrale server of knooppunt. Randapparatuur of gebruikers werken rechtstreeks samen met dit centrale knooppunt, dat fungeert als de primaire hub voor alle activiteiten. 

• Eén controlepunt
  Alle besluitvorming en resourcebeheer vinden plaats op een centraal knooppunt, waardoor een duidelijke hiërarchie ontstaat. 
• Gecentraliseerd gegevensbeheer
  Gegevens worden op één locatie opgeslagen en verwerkt, waardoor het beheer wordt vereenvoudigd, maar er mogelijk knelpunten ontstaan. 
• Eenvoudig beheer
  Met één centraal controlepunt zijn gecentraliseerde systemen eenvoudiger te beheren en te coördineren, waardoor ze geschikt zijn voor kleinschalige of minder complexe omgevingen. 
• Potentiële kwetsbaarheden
  Het enige uitvalpunt kan leiden tot downtime of verstoring als het centrale knooppunt problemen ondervindt. Bovendien kan een hoge vraag op het centrale knooppunt vertragingen of congestie veroorzaken. 
• Lineaire ontwikkeling
  In gecentraliseerde systemen volgt ontwikkeling meestal een lineaire benadering, waarbij teams sequentieel aan componenten werken. Dit kan het proces vertragen, omdat wijzigingen vaak afhankelijk zijn van de voltooiing van eerdere taken. 

Gedistribueerd systeem 
Een gedistribueerd systeem verdeelt computertaken, gegevensbeheer en besluitvorming daarentegen over meerdere onafhankelijke knooppunten die communiceren en samenwerken via een netwerk. 

• Gedecentraliseerde controle
  Geen enkel knooppunt staat boven het gehele systeem. In plaats daarvan werkt elk knooppunt autonoom en draagt het bij aan de algehele functionaliteit van het systeem. 
• Fouttolerantie
  Gedistribueerde systemen minimaliseren de gevolgen van storingen door taken opnieuw te verdelen over andere knooppunten, waardoor ononderbroken prestaties worden gegarandeerd. 
• Verbeterde schaalbaarheid
  Deze systemen kunnen groeien door meer knooppunten toe te voegen, waardoor ze zeer geschikt zijn voor het verwerken van grotere werklasten en het uitbreiden van gebruikersbases. 
• Samenwerking tussen knooppunten
  Knooppunten in een gedistribueerd systeem delen resources en informatie, waarbij wordt samengewerkt om gegevens efficiënt te verwerken en services te leveren. 
• Modulaire ontwikkeling
  Gedistribueerde systemen ondersteunen modulaire ontwikkeling, waarbij teams gelijktijdig aan verschillende componenten of services kunnen werken, waardoor de ontwikkelsnelheid en flexibiliteit toenemen. 
• Frequentere updates
  Vanwege hun modulaire architectuur kunnen gedistribueerde systemen het hele jaar door frequente, incrementele updates implementeren, waardoor nieuwe functies en verbeteringen sneller kunnen worden geïmplementeerd.  
• Parallelle ontwikkelingsmogelijkheden
  De gedecentraliseerde structuur van gedistribueerde systemen stelt meerdere ontwikkelingsteams in staat om naast elkaar te werken aan verschillende componenten zonder dat dit systeembrede storingen veroorzaakt, waardoor flexibiliteit en snellere innovatie worden bevorderd.

Gedistribueerde systemen kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van hun architectuur en functionaliteit. Elk type heeft betrekking op specifieke behoeften en use cases: 

• Client-serversystemen
  In deze traditionele architectuur bieden servers resources of services die clients kunnen aanvragen en gebruiken voor taken zoals gegevensverwerking, opslag of toegang tot gedeelde resources. Voorbeelden zijn webtoepassingen waarbij browsers (clients) inhoud ophalen van webservers. 
• P2P-netwerken (peer-to-peer)
  Peer-to-peersystemen verdelen werklasten over knooppunten die fungeren als zowel clients als servers. Deze gedecentraliseerde structuur maakt een centrale server overbodig, waardoor knooppunten resources rechtstreeks kunnen delen. Platforms voor het delen van bestanden zijn een bekend voorbeeld van deze architectuur. 
• Architectuur met drie lagen
  Dit model verdeelt het systeem in drie lagen: de presentatielaag (gebruikersinterface), de toepassingslaag (bedrijfslogica) en de gegevenslaag (database). Elke laag werkt onafhankelijk, waardoor schalen en onderhouden beter beheersbaar zijn. Veel moderne webtoepassingen, zoals e-commerceplatforms, maken gebruik van deze architectuur. 
• Microservices-architectuur
  Microservices splitsen toepassingen op in kleine, onafhankelijke services die elk verantwoordelijk zijn voor een specifieke functie. Deze services communiceren met elkaar via API's of berichtfuncties, wat flexibiliteit en schaalbaarheid biedt. Voorbeelden zijn online streaming platforms, waar afzonderlijke services profielen, aanbevelingen, enz. beheren. 
• Service-Oriented Architecture (SOA)
  Net als bij microservices organiseert SOA functionaliteiten in services. SOA maakt echter vaak gebruik van een Enterprise Service Bus (ESB) om de communicatie tussen componenten te vergemakkelijken. Deze architectuur wordt meestal aangetroffen in grote bedrijfssystemen. 
• Eventgestuurde systemen 
  Eventgestuurde systemen werken op basis van events die specifieke acties of workflows in het netwerk triggeren. Componenten werken asynchroon samen en reageren in real time op wijzigingen of updates. Deze architectuur komt veel voor in IoT-toepassingen (Internet of Things), waar sensoren events detecteren en hierop reageren. 

De gedecentraliseerde architectuur in gedistribueerde systemen maakt het voor hen mogelijk om een breed scala aan use cases in vrijwel elke branche te ondersteunen. Hieronder vind je enkele van de meest prominente voorbeelden van gedistribueerde systemen en hun toepassingen: 

• Netwerken
  Netwerken, zoals internet, behoren tot de vroegste en meest verspreide voorbeelden van gedistribueerde systemen. Hiermee kunnen computers communiceren en resources delen via LAN's (Local Area Networks) of WAN's (Wide Area Networks). Peer-to-peernetwerken en e-mailsystemen maken ook gebruik van gedistribueerd computerwerk om naadloze gegevensuitwisseling mogelijk te maken. 
• Parallelle processors
  Parallelle verwerkingssystemen verdelen computertaken over meerdere processors om bewerkingen tegelijkertijd uit te voeren. Deze systemen worden gebruikt voor hoogwaardige toepassingen zoals wetenschappelijke simulaties, weersvoorspellingen, gegevensanalyses en zelfs crypto mining. 
• Gedistribueerde realtime systemen
  Realtime systemen zijn essentieel in branches die sterk afhankelijk zijn van onmiddellijke verwerking, zoals reserveringssystemen van luchtvaartmaatschappijen, platforms voor het delen van ritten, geautomatiseerde productiecontrolesystemen en logistieke volgsystemen. 
• Gedistribueerde databasesystemen
  In gedistribueerde databases worden gegevens opgeslagen op meerdere servers of fysieke locaties. Ze verbeteren de schaalbaarheid en betrouwbaarheid door het repliceren of verdelen van gegevens. Homogene databases gebruiken een consistente structuur, terwijl heterogene databases meerdere gegevensmodellen integreren voor meer flexibiliteit. 
• Gedistribueerde AI
  Gedistribueerde artificial intelligence (AI) maakt gebruik van de rekenkracht van meerdere knooppunten om grootschalige gegevenssets te verwerken en ML-taken (machine learning) uit te voeren. Deze aanpak ondersteunt toepassingen zoals autonome voertuigen en natuurlijke taalverwerking (NLP). 
• Telecommunicatienetwerken
  Moderne telecommunicatiesystemen, waaronder cellulaire en VoIP-netwerken (Voice over IP), maken eveneens gebruik van gedistribueerde architectuur.

Gedistribueerde systemen bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele monolithische architecturen, waardoor ze onmisbaar zijn voor moderne computeromgevingen. De belangrijkste voordelen op een rij: 

• Betrouwbaarheid
  Gedistribueerde systemen minimaliseren het risico op downtime door enige uitvalpunten te voorkomen. Als een knooppunt vastloopt, kunnen andere zonder onderbreking doorgaan met de werkzaamheden. 
• Snelheid
  Gedistribueerde taken kunnen gelijktijdig worden uitgevoerd, wat leidt tot snellere voltooiingstijden. Dit is met name handig voor toepassingen met veel verkeer of scenario's die realtime verwerking vereisen. 
• Prestaties
  Gedistribueerde systemen maken gebruik van parallellisme om de prestaties te optimaliseren. Ze verdelen grote taken in kleinere eenheden, waardoor meerdere knooppunten ze tegelijkertijd kunnen verwerken. Dit vermindert de latentie en verbetert de doorvoercapaciteit in het proces. 
• Kosteneffectiviteit
  Deze systemen maken gebruik van goedkope standaardhardware en cloudgebaseerde instanties, waardoor ze betaalbaarder zijn om te schalen in vergelijking met traditionele gecentraliseerde systemen. De mogelijkheid om naar behoefte knooppunten toe te voegen vermindert eveneens de initiële investeringskosten. 

Hoewel gedistribueerde systemen aanzienlijke voordelen opleveren, vormen zij ook een reeks uitdagingen vanwege hun complexiteit en de noodzaak van effectieve coördinatie. Wanneer je overweegt binnen een gedistribueerd systeem te werken, dien je rekening te houden met het volgende: 

• Verwarrende navigatie
    De complexiteit van het beheer van talrijke onderling verbonden knooppunten kan het moeilijk maken om te begrijpen hoe verschillende componenten met elkaar communiceren. Gebruik duidelijke documentatie en tools zoals gedistribueerde systeemkaarten of dashboards om de systeemarchitectuur en de afhankelijkheden ervan beter te visualiseren. 
• Risico van netwerkstoring
  Communicatie tussen knooppunten is afhankelijk van een stabiel netwerk; als er een probleem optreedt, kunnen de gegevensoverdracht en de systeemfunctionaliteit worden verstoord. Los dit op door redundantieprotocollen en betrouwbare failover-mechanismen te implementeren. 
• Lastig overheadbeheer
  Het beheren van een groot aantal knooppunten en processen verhoogt de operationele overhead. Monitoring, logboekregistratie, probleemoplossing enz. brengen allemaal kosten met zich mee in de zin van tijd en moeite. Compenseer deze kosten door uitgebreid gebruik te maken van automatisering, met name binnen beheertools. 
• Beveiliging
  Gedistribueerde systemen worden geconfronteerd met grotere cyberbeveiligingsrisico's vanwege hun grote aanvalsoppervlak en gedeelde toegang tot resources. Bescherm gevoelige gegevens en systemen door strikte verificatieprotocollen, encryptie en regelmatige beveiligingsaudits te implementeren. 
• Consistentie van gegevens
  Zorgen dat alle knooppunten up-to-date en gesynchroniseerde gegevens hebben, kan een uitdaging zijn, vooral bij storingen of netwerkvertragingen. Zorg voor consistentie van gegevens door gedistribueerde databases met sterke consistentiemodellen te gebruiken. 

Gedistribueerde systemen werken door taken te verdelen in kleinere componenten die over meerdere knooppunten zijn verdeeld, die vervolgens kunnen communiceren en samenwerken terwijl ze aan een gemeenschappelijk doel werken. Gewoonlijk volgt dit proces een specifieke reeks stappen: 

• Taakontleding:
  Het systeem begint met het opsplitsen van een taak in kleinere, beheersbare subtaken. 
• Gedecentraliseerde componenten:
  Meerdere knooppunten, fysieke computers of virtuele machines, zijn verdeeld over verschillende locaties. Elk knooppunt werkt autonoom en draagt bij aan de algehele functionaliteit van het systeem. 
• Communicatie:
  Knooppunten wisselen informatie uit via communicatieprotocollen zoals TCP/IP, HTTP of berichtenwachtrijen. Deze interactie zorgt ervoor dat alle componenten gecoördineerd blijven en essentiële gegevens kunnen delen. 
• Coördinatie:
  Gedistribueerde systemen zijn afhankelijk van coördinatiemechanismen om acties tussen knooppunten te synchroniseren. Technieken zoals consensusprotocollen (bijv. Paxos) en gedistribueerde transacties helpen de consistentie van gegevens te handhaven en conflicten te voorkomen, zodat het systeem in harmonie kan werken. 
• Uitvoering en verwerking:
  Elk knooppunt voert de toegewezen subtaak onafhankelijk uit met behulp van lokale resources. Zodra de resultaten zijn voltooid, worden ze doorgegeven aan een centraal beheersysteem of op een andere manier samengevoegd tot de uiteindelijke uitvoer. 
• Fouttolerantie:
  Gedistribueerde systemen zijn uitgerust met redundantie- en replicatiestrategieën voor het oplossen van storingen. Als een knooppunt uitvalt, nemen back-upknooppunten of gerepliceerde gegevensbronnen het over om een continue werking te garanderen. 
• Hermontage en voltooiing:
  Nadat alle subtaken zijn verwerkt, integreert het systeem de resultaten in een definitieve uitvoer.

Begrijpen hoe een gedistribueerd systeem werkt, is niet hetzelfde als weten hoe een systeem moet worden geïmplementeerd. Of het nu gaat om het implementeren van een systeem voor een kleine afdeling of het schalen naar een wereldwijde infrastructuur, de volgende stappen kunnen het proces helpen begeleiden: 

• Beoordeel de vereisten
  Begin met het evalueren van de behoeften van je organisatie, waaronder de omvang en capaciteit van het netwerk, het gegevensvolume, de verwerkingsfrequentie en het aantal gebruikers. Houd bovendien rekening met de betrouwbaarheid van gegevens, de beschikbaarheidsvereisten en de capaciteit van bestaande datacenters. 
• Plan de implementatieomvang
  Gedistribueerde implementaties kunnen variëren van kleine lokale systemen tot grootschalige organisatiearchitecturen. Begin met een geschikte categorie op basis van je huidige behoeften en zorg ervoor dat het ontwerp kan evolueren naarmate de organisatie groeit. 
• Gebruik containerorkestratie
  Tools zoals Kubernetes vereenvoudigen de implementatie, schaalbaarheid en het beheer van gedistribueerde systemen door toepassingen in containers te automatiseren in clusters. Dit bevordert consistente prestaties en gestroomlijnde bewerkingen. 
• Implementeer gedistribueerde databases
  Gebruik databases die een uniforme gegevenslaag bieden, waardoor alle knooppunten toegang hebben tot dezelfde gegevens en replicatie voor fouttolerantie ondersteunen. Dit garandeert de beschikbaarheid van gegevens en helpt de consistentie in het hele systeem te handhaven. Daarnaast kun je cloudbeveiliging gebruiken om gegevens in gedistribueerde omgevingen te beschermen. 
• Verbeter observeerbaarheid
  Gedistribueerde systemen zijn inherent complex, waardoor monitoring essentieel is. Implementeer gedistribueerde tracering om observeerbaarheid en inzicht in de werking van het systeem te verkrijgen. Gedistribueerde tracering houdt verzoeken bij in knooppunten, identificeert knelpunten en zorgt voor optimale prestaties. AIOps kan ook helpen bij het verbeteren van de monitoring en het oplossen van problemen in complexe gedistribueerde omgevingen.  
• Itereren en schalen
  Naar verwachting zal je gedistribueerde systeem in de loop van de tijd evolueren; naarmate de vraag toeneemt, stap je over van kleinere implementaties naar grotere infrastructuren door resources toe te voegen, configuraties te verfijnen en schaalbare technologieën te benutten.